Isoler sa maison
marie-pierre dubois-petroff
photo doc. Roche Boboios
Diagnostic, choix des isolants et mise en œuvre : murs, toit, sol et fenêtres
Chapitre 1
Sur quoi repose le confort thermique ? Le confort thermique est une notion qui comporte sa part de subjectivité mais qui repose également sur des notions précises de température d’air ou de parois, de mouvements d’air et de pourcentage d’humidité. Il repose aussi sur la nature des échanges de chaleur de l’individu avec son environnement.
Comment circule la chaleur ?. . . . . . . . . . . 10 - Les échanges de chaleur
photo doc. AMPM
Les éléments du confort. . . . . . . . . . . . . . . . 11 - C’est quoi le confort thermique ? - La température de l’air - La température des parois - Les mouvements d’air - L’humidité de l’air Qu’est-ce que l’inertie ? . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 - Comment ça marche ? - À quoi ça sert ? - C’est quoi l’effusivité ?
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Sur quoi repose le confort thermique ?
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Comment circule la chaleur ?
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Les éléments du confort
La chaleur (on pourrait aussi dire les calories ou l’énergie thermique) circule en permanence d’un corps à l’autre, qu’il s’agisse d’individus ou de matériaux, toujours du plus chaud vers le plus froid.
La température affichée par le thermomètre ne suffit pas à déterminer le confort car d’autres notions sont à prendre en compte, déterminant la nature et le nombre d’échanges de l’individu avec son environnement.
Les échanges de chaleur
C’est quoi le confort thermique ?
Par conduction, l’échange s’effectue par contact : c’est la main qui se réchauffe contre un bol de café ou le pied qui se refroidit au contact d’un carrelage froid. Il s’effectue d’autant plus facilement que le matériau est conducteur et se trouve diminué par une isolation. Cependant la conduction ne représente que 1 % de l’ensemble des échanges thermiques. Par rayonnement, l’échange s’effectue sans contact direct : c’est la chaleur ressentie devant un feu de cheminée ou le froid à côté d’une vitre par - 10 °C dehors. Le rayonnement peut être direct (bain de soleil) ou indirect quand la chaleur est réfléchie (réverbération de la neige). Il représente 35 % des échanges thermiques.
Il repose en grande partie sur : - l’équilibre des échanges de chaleur - l’habillement - le métabolisme (production de chaleur interne destinée à maintenir la température du corps autour de 36,7 oC et variable en fonction de l’activité). La température ressentie est une moyenne entre la température de l’air et celle des parois. Si le thermomètre affiche 22 °C : - la température ressentie n’est que de
17 °C si celle des parois n’est que de 12 °C - la température ressentie est de 19 °C si celle des parois s’élève à 16 °C. Néanmoins, le ressenti est également déterminé les mouvements d’air et leur degré d’humidité.
➜ Se préoccuper uniquement de la
température ambiante est donc insuffisant.
La température de l’air C’est la première notion à laquelle on s’attache. On cherche donc à obtenir une température de l’air stable vis-àvis de l’extérieur (en moyenne 19 °C)
Par convection, l’échange s’effectue entre le corps et l’air : c’est la chaleur fournie par un radiateur soufflant ou le froid provoqué par un courant d’air. Neutralisé quand l’air est immobile, l’échange est accentué par la vitesse de l’air et par son degré d’humidité. Il représente 35 % des échanges. Par évaporation, l’échange s’effectue grâce au prélèvement dans l’air de l’énergie nécessaire à un liquide pour s’évaporer : c’est la fraîcheur ressentie près d’une fontaine ou le maintien de la température corporelle malgré une forte chaleur grâce à l’évaporation de la transpiration. Cet échange représente 24 % de l’ensemble des échanges.
Rien ne se perd, tout se transfère
La chaleur passe d’un corps à l’autre mais ne disparaît jamais. En clair, ce que l’un perd, l’autre le gagne et l’échange s’effectue d’autant plus facilement que la différence de température est importante.
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Sur quoi repose le confort thermique ?
que l’on parvient à maintenir grâce au chauffage en hiver, aux apports solaires, à l’inertie des parois, à leur isolation, aux protections solaires en été, une fois encore à l’inertie, à la ventilation… Il est important que cette température soit répartie de façon homogène, ce qui va à l’encontre d’une loi naturelle qui veut que l’air chaud plus léger monte, laissant l’air froid au niveau du sol. Cette « stratification » de l’air est une grande source d’inconfort car elle conduit à avoir les pieds froids et la tête au chaud. Elle peut être réduite une fois encore grâce à l’inertie, l’isolation, la ventilation, le chauffage par le sol…
La température des parois On considère qu’un inconfort apparaît dès que la température de l’air et celle des parois affichent un écart de plus de 2 à 3 °C. Devant une paroi froide comme un mur de pierre ou une baie vitrée mal isolée, c’est le corps qui perd sa chaleur par rayonnement, générant ainsi un inconfort malgré une température affichée de 20 °C. On cherche donc à réduire l’écart de température entre l’air et les parois grâce à l’isolation, à l’inertie, au système de chauffage, au revêtement de parois.
Le point de rosée
C’est le seuil de température auquel l’air est saturé d’humidité, c’est-à-dire que son taux d’hygrométrie est de 100 %, et où la vapeur d’eau repasse à l’état liquide et se condense sur les parois. Ce point de rosée varie avec la température de l’air car plus un air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d’eau.
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Les mouvements d’air Ils sont différemment perçus et appréciés selon leur température mais accélèrent toujours les échanges thermiques par convection entre l’air et la peau dont la température est, dans la grande majorité des cas, toujours supérieure à celle de l’air. ➜ Plus la vitesse de l’air est grande, plus les échanges et l’inconfort sont importants . Il n’y a que lorsque l’air est très chaud que les mouvements d’air restent agréables. Ils sont générés par le phénomène naturel de stratification de l’air, par une ventilation inadaptée, par des infiltrations « sauvages » dues à des défauts d’enveloppe, par un chauffage par convecteurs électriques, par la présence de revêtements de parois froids… On les réduit en éliminant les défauts d’étanchéité du bâtiment (portes et fenêtres en particulier) et en améliorant les systèmes de ventilation et de chauffage.
En été, on les favorise entre autres avec la surventilation nocturne qui permet de rafraîchir durant la nuit un bâtiment disposant d’une bonne inertie.
L’humidité de l’air Elle peut varier de 30 à 70 % sans perturber le confort : - à moins de 20 %, l’air paraît sec et provoque un assèchement des muqueuses bucco-pharyngiennes - à plus de 80 %, l’air n’est supportable que si sa température n’est pas trop élevée car l’évaporation de la transpiration s’effectue difficilement et peine à refroidir le corps. Ainsi, en climat chaud et humide l’inconfort est toujours plus grand que dans un climat chaud et sec. En été, un taux important d’humidité empêche tout refroidissement par évaporation et limite le phénomène de sudation. La solution consiste alors à favoriser l’évaporation en créant des mouvements d’air (courants d’air, éventails, ventilateurs…). En hiver, c’est surtout une ventilation adaptée qui permet de maintenir le taux d’humidité. On prend également soin de privilégier les matériaux (donc les isolants) hygroscopiques, c’est-àdire capables d’absorber, de stocker et de restituer une partie de l’humidité ambiante sans subir de dommage. On privilégie également les revêtements de parois chauds qui réduiront ainsi les risques de condensation liés au point de rosée.
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Quel isolant choisir ?
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Quels matériaux
isolants ?
On en distingue cinq familles. Tous ayant des l plus ou moins équivalents, la sélection s’effectue davantage sur d’autres critères, comme le caractère écologique, la perméabilité à la vapeur d’eau ou les impacts sur la santé.
Les isolants végétaux
Grâce à leurs origines végétales, ces isolants ont en commun d’être issus de ressources renouvelables et d’être selon les cas réutilisables ou compostables, ce qui en fait des matériaux séduisants d’un point de vue écologique. En outre, leurs énergies grises sont de très faibles (pour la laine de cellulose) à moyennes (pour le chanvre ou le lin), et leurs conductivités équivalentes à celles des isolants minéraux comme les laines de verre ou de roche.
Les isolants synthétiques
Produits de la pétrochimie, ces matériaux isolants sont fabriqués à partir d’hydrocarbures. Ils ne sont pas issus de matières premières renouvelables, ne sont pas recyclables et ne sont pas du tout respirants. Certains d’entre eux dégagent en outre des vapeurs toxiques en cas d’incendie. On distingue principalement les polystyrènes, les polyuréthanes et les polyesters.
Les isolants issus du recyclage
On distingue aujourd’hui deux isolants, le premier produit à partir de vieux papiers la ouate de cellulose, le second à partir de vieux textiles, le Metisse®, tous deux bénéficiant de filières très bien organisées permettant une fabrication régulière et de qualité constante. En outre ils disposent tous deux de performances très satisfaisantes.
Les isolants minéraux
Les isolants d’origine animale
Comme leur nom l’indique, ces isolants regroupent des matériaux d’origine minérale. Les plus connus du grand public sont les laines minérales (laine de verre et laine de roche) puisqu’elles constituent avec les isolants synthétiques près de 98 % du marché des matériaux isolants. Le verre cellulaire est moins connu car assez onéreux, il est réservé à des solutions spécifiques. Quant à la perlite, la vermiculite et l’argile expansée, elles s’utilisent en vrac et parfois en additif dans du béton.
Le monde animal ne fournit que deux isolants thermiques exploitables, la laine de mouton et les plumes de canard. L’un et l’autre offrent de bonnes performances mais le premier doit impérativement être traité contre les mites qui sont ses pires ennemies, et on reproche au second d’être issu d’une agriculture industrielle polluante et destructrice de biodiversité (les plumes de canard proviennent essentiellement des abattoirs).
Le prix de l’isolant C’est quoi, un matériau bio-sourcé ?
C’est un matériau à base de fibres animales ou végétales (chanvre, lin, laine, plume, bois, liège…). On trouve aussi des matériaux issus du recyclage (Metisse®, issu de vieux textiles). Attention, bio-sourcé ne signifie pas forcément écologique.
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Autant que possible et pour être comparables entre eux, les prix des isolants sont indiqués pour l’obtention d’une performance équivalente, soit une résistance thermique R = 5 correspondant au niveau d’isolation requis pour les rampants de toiture. Néanmoins, tous ne sont pas destinés à cette utilisation et doivent offrir une résistance minimale inférieure (2,8 pour les sols et les murs, 3 pour les toitures terrasse). Enfin, certains isolants en vrac sont surtout utilisés en additifs dans du béton ou simplement déversés à même le sol. Leur prix est indiqué par sac de 100 litres.
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Les isolants synthétiques
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Quel isolant choisir ?
Le polystyrène expansé (PSE)
Le polystyrène extrudé (PSX)
4 Origine : il est produit à partir d’un résidu de raffinage de pétrole et obtenu à partir d’un assemblage de molécules de styrène expansées au pentane et à la vapeur d’eau. Les fabricants proposent aujourd’hui un nouveau PSE argenté incorporant des nanoparticules d’argent et dont le l est de 0,031. 4 Différentes formes : en vrac, il peut être incorporé à des enduits ou des bétons pour les alléger. En panneaux, il est souvent associé à une plaque de plâtre et c’est ainsi qu’il a été le plus utilisé. En forte densité il est destiné à l’isolation des sols. On le trouve aussi sous la forme d’éléments préfabriqués ou moulés. 4 Utilisations : sols, isolation sous dalle, murs. 4 impact sur l’environnement : il n’est pas issu d’une matière première renouvelable, affiche un mauvais bilan carbone et une énergie grise élevée. Il dégage du pentane (polluant de la couche d’ozone), est théoriquement recyclable mais l’est rarement en réalité. 4 impact sur la santé : il est responsable de dégagements de styrène (suspecté d’être cancérogène) à la chaleur et de gaz toxiques en cas d’incendie. Il est inerte sur le plan bactériologique. 4P erformances : - Densité, en kg/m3 : 10 à 30 selon sa forme. -C onductivité thermique l, en W/mK : 0,031 à 0,038.
4 Origine : comme son cousin le polystyrène expansé, il est produit à partir d’un résidu de raffinage de pétrole et obtenu à partir d’un assemblage de molécules de styrène mais mises sous pression grâce à l’addition soit d’un gaz lourd, le HFC, puissant gaz à effet de serre, soit de CO2. 4 Différentes formes : sa résistance mécanique étant plus importante que celle du polystyrène expansé, il est réservé à des utilisations spécifiques (isolation enterrée ou soumise à de fortes charges comme sous une dalle ou une toiture-terrasse) pour lesquelles il se présente sous forme de panneaux rigides. 4 Utilisations : murs enterrés, isolation sous dalle. 4 Impact sur l’environnement : il n’est pas issu d’une matière première renouvelable, affiche un très mauvais bilan carbone et une énergie grise très élevée. Comme le polystyrène expansé, il est théoriquement recyclable mais l’est rarement en réalité (manque de filières de recyclage et association fréquente avec d’autres matériaux). 4 Impact sur la santé : dégage des gaz toxiques à la chaleur et en cas d’incendie. Inerte sur un plan bactériologique. 4 Performances : - Densité, en kg/m3 : 25 à 45. - Conductivité thermique l, en W/mK : 0,029 à 0,035. - Résistance à la diffusion de la vapeur d’eau, m : 80 à 200. - Hydrophobe, très peu perspirant, non capillaire, attaquable par les rongeurs.
- Résistance à la diffusion de la vapeur d’eau, m : 20 à 100. - Hydrophobe, peu perspirant, non capillaire, attaquable par les rongeurs. - Euroclasse E, c’est-à-dire combustible dont la contribution à l’embrasement généralisé est très importante. 4 Coût : pour obtenir un R = 2,8, soit avec une épaisseur d’environ 10 cm et un coût moyen de 10 € le m2. 4 Principaux fabricants : www.knauf-batiment.fr www.isover.fr (Epsisol®). QUE RETENIR ?
Ses performances ne sont intéressantes que dans une forte densité. Mais de nombreux critères le disqualifient dans le cadre d’une démarche écologique et une isolation perspirante.
Les plus Économique, pose aisée, bonnes performances thermiques. Les moins Issu d’une énergie fossile, dangereux pour l’individu en cas d’incendie, difficilement recyclable, se dégrade facilement, attaquable par les rongeurs.
- Euroclasse E, c’est-à-dire combustible dont la contribution à l’embrasement généralisé est très importante. 4 Coût : le PSX étant surtout utilisé pour l’isolation des murs enterrés ou des dalles, la résistance thermique recherchée est R = 2,8, et est obtenue avec une épaisseur comprise entre 8 et 10 cm, donc pour un coût variable de 20 à 31 € le m2 selon la densité et le l du matériau. 4 Principaux fabricants : www.knauf-batiment.fr, www.isover.fr QUE RETENIR ?
Un peu plus cher que le PSE, le PSX demeure d’un coût relativement modeste. Destiné à des usages spécifiques, il dispose d’une très bonne résistance thermique mais affiche un très mauvais bilan environnemental.
Les plus Un coût modeste, une très bonne performance thermique, une longue durée de vie. Les moins Issu d’une énergie fossile, imperméable à la vapeur d’eau, dangereux pour l’individu en cas d’incendie, difficilement recyclable, attaquable par les rongeurs.
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Chapitre IV
Quelle mise en œuvre ? Mal posé ou inadapté à la situation, le meilleur des isolants peut n’offrir que de médiocres performances. Sa mise en œuvre est donc essentielle et détermine en grande partie la réussite de l’isolation. Elle doit tenir compte de l’objectif à atteindre mais aussi de la nature du bâtiment. Ainsi, on distingue trois cibles, et au sein de chacune d’elle les spécificités propres au bâtiment : le toit, les murs et le sol.
photo doc. Astral
L’isolation du toit, toujours prioritaire . . . 66 - Les toitures froides, l’isolation du plancher - Les combles aménagés, l’isolation des rampants - Les toitures terrasses L’isolation des murs, la plus délicate . . . . . 76 - La nature des murs - L’isolation extérieure - L’isolation intérieure - L’isolation répartie - La correction thermique - L’isolation partielle - Cas par cas L’isolation du sol, rarement simple. . . . . . . . 92 - Les dalles sur terre-plein - Les dalles sur cave ou vide sanitaire
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Quelle mise en œuvre ?
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L’isolation du toit,
toujours prioritaire
L’isolation d’un toit est toujours prioritaire car il est la plus grande source de déperditions. Elle s’effectue différemment selon que les combles sont aménageables ou non, on parle alors de combles perdus ou de toiture froide. Cas à part, l’isolation d’une toiture terrasse doit prendre en compte son étanchéité. Quand les combles ne sont pas aménageables…
C’est le cas de nombreuses toitures « modernes », en autre réalisées avec des fermettes industrielles. C’est alors le plancher des combles que l’on isole. On procède différemment selon que les combles sont praticables ou non. Quand les combles sont aménageables…
C’est souvent le cas des maisons anciennes. Ce sont les rampants de toiture que l’on isole. On procède différemment selon l’ampleur des travaux envisagés et le degré d’aménagement de l’espace intérieur. - L’isolation par l’extérieur doit toujours être privilégiée car elle offre une meilleure performance et préserve l’aménagement intérieur s’il existe mais elle coûte aussi toujours plus cher qu’une isolation intérieure. Indissociable de la dépose complète de la couverture, elle s’effectue donc dès que la rénovation de cette dernière est envisagée.
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Ferme à une panne
- L’isolation intérieure est privilégiée quand la rénovation de la toiture n’est pas envisagée. Elle s’effectue de préférence quand les combles ne sont pas encore aménagés car dans le cas contraire, elle implique la réfection de la décoration. À la différence de l’isolation extérieure, elle est réalisable indépendamment de la météo, donc des saisons. Ferme à la mansart
Quand le toit est plat…
L’isolation est souvent inexistante, en particulier dans les constructions anciennes. Elle doit toujours être réalisée par le dessus, une isolation par le dessous (donc intérieure) pouvant accentuer les chocs thermiques que subit la toiture. Ferme à entrait retroussé À savoir
L’isolation des toitures anciennes exige davantage de précaution car elles n’ont pas été conçues pour être isolées. Le risque principal est de modifier leur équilibre hygrométrique. De la même façon que l’on n’isole pas un mur humide, on n’isole pas une charpente malade. Il est donc indispensable de contrôler son état et de la traiter préventivement si nécessaire.
Ferme à faux entrait
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Que faire des fenêtres ?
➜ Changer
les fenêtres ?
Quand l’état des fenêtres existantes impose leur changement, mieux vaut cibler un haut niveau de performances. Au minimum, on choisit donc des fenêtres, de préférence en bois, à double vitrage à isolation renforcée.
Les triples vitrages
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Coefficient Ug moyen
Simple vitrage 4 mm
6
Survitrage fixe, vitre simple 4/6/4
3
Double vitrage 4/12/4
2,9
Double fenêtre
#2
Survitrage fixe, vitre à faible émissivité 4/6/4
1,6
Double vitrage à iso. renforcée + argon 4/12/4
1,1
Triple vitrage à isolation renforcée + argon
0,5
Les fenêtres de rénovation
Il existe aujourd’hui des fenêtres à triple vitrage dont les performances dépassent celles des meilleurs doubles vitrages, et on peut à juste titre se demander si leur utilisation n’est pas à privilégier. La réponse n’est pas aussi simple car sa faible transmission thermique (0,5 à 0,8) a un revers : le facteur solaire (quantité de chaleur captée) et le coefficient de transmission lumineuse de la fenêtre sont moins bons. Sachant que la fenêtre est aussi considérée comme un capteur thermique, en particulier lorsqu’elle est située au sud, on peut se demander si les économies réalisées vis-à-vis des déperditions ne sont pas fortement entamées par la réduction d’apport de chaleur. Des études comparatives entre triple vitrage VIR et double vitrage VIR placé dans les mêmes conditions ont montré qu’au final, les gains de consommation d’énergie étaient très faibles, voire inexistants. Les triples vitrages sont donc particulièrement adaptés aux expositions nord où les apports solaires sont nuls. En outre, un triple vitrage d’épaisseur de 4/12/4/12/4 (soit 36 mm) pèse 30 kg/m2 contre moins de 20 kg/m2 pour un Une forêt de labels double vitrage 4/12/4 de 24 mm d’épaisseur, ce qui génère des contraintes De nombreux labels concernent les fenêtres : mécaniques importantes sur le cadre - Cekal pour l’étanchéité des doubles vitrages. des fenêtres et rend difficile la réalisa- Acotherm pour l’isolation phonique et thermique. tion de grands formats. - Classification AEV pour la résistance à l’air, à
l’eau, et au vent. - Norme NF qui s’applique aux huisseries en bois, PVC ou alu et qui regroupe différents critères qualificatifs.
Type de fenêtre
➜ Peu fabriquées en France
et surtout importées d’Allemagne ou des Pays-Bas, les fenêtres à triple vitrage coûtent cher et restent encore réservées aux maisons passives.
On appelle ainsi les fenêtres dont on préserve le dormant scellé dans la maçonnerie, ce dernier servant d’ancrage à la fixation d’une nouvelle fenêtre dont le cadre dormant vient en recouvrement du dormant existant. L’avantage du procédé est de ne nécessiter aucun travaux de maçonnerie et de préserver la décoration intérieure. La nouvelle fenêtre offre une meilleure esthétique et des performances supérieures, mais elle nécessite un cadre dormant existant en parfait état. En outre, la majorité de l’offre du marché est proposée en PVC ou aluminium, l’un et l’autre peu satisfaisants d’un point de vue écologique ou thermique.
réduction du clair de vue selon la nature du châssis
Clair de vue
On appelle ainsi la surface vitrée de la fenêtre. Si une simple ouverture offre 100 % de surface transparente, la pose d’un châssis fixe en fait perdre 20 %, celle d’un châssis ouvrant en fait perdre 45 % et jusqu’à 55 % si le châssis est agrémenté de petits bois. Sachant que les entrées de lumière sont proportionnelles aux surfaces vitrées, la conclusion s’impose…
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